矿山露天台阶爆破参数优化与能效提升分析

一、引言

矿山露天台阶爆破作为矿山开采的关键环节，对矿山生产效率、成本控制及安全生产具有重要意义。合理的爆破参数能够实现岩石的有效破碎，提高铲装效率，降低后续处理成本，同时减少对周边环境的影响。然而，受岩石性质、地质条件及爆破工艺等多种因素影响，爆破参数的优化成为一项复杂而关键的任务。本文旨在深入探讨矿山露天台阶爆破参数的优化方法，以提升爆破能效，促进矿山可持续发展。

二、矿山露天台阶爆破参数对爆破效果的影响

2.1 孔网参数

2.1.1 孔距与排距

孔距与排距设置影响炸药能量分布和岩石破碎效果。孔距过大，炸药能量作用不充分，大块率增加；孔距过小，造成能量浪费和过度破碎。排距决定后排炮孔最小抵抗线，合理排距可利用前排自由面提高爆破效果。某石灰岩矿山爆破中，孔距从3m 调至 3.5m 、排距从2.5m 调至 3m 后，大块率从15% 降至 8% ，炸药单耗降 0.05kg/m³ 。

2.1.2 炮孔直径与深度

炮孔直径影响单孔装药量和能量集中程度。大直径炮孔可增加装药量、扩大破碎范围，但软岩或薄矿体中可能导致能量浪费和过度破碎。炮孔深度依台阶高度和超深要求确定，超深不足易产生根底，超深过大增加能量浪费和钻孔成本。某花岗岩矿山，将炮孔直径从 110mm 调至 90mm ，合理控制深度与超深，炸药单耗降 0.1kg/m³ ，根底率从 10% 降至 3% 。

2.2 装药结构

2.2.1 连续装药与间隔装药

连续装药结构简单、操作方便，但炸药能量分布不均，易致炮孔底部岩石过度破碎、上部破碎不足。间隔装药可使炸药能量在炮孔内分布更均匀，改善岩石破碎效果，降低大块率与根底率。如某砂岩矿山采用间隔装药后，大块率从 12% 降至 6% ，炸药单耗降低 0.08kg/m³ 。

2.2.2 耦合装药与不耦合装药

耦合装药时炸药与炮孔壁紧密接触，能量传递效率高，但对炮孔壁破坏大。不耦合装药可降低爆炸对炮孔壁的冲击压力，减少周围岩石粉碎性破坏，利于提高爆破块度均匀性。如某大理岩矿山将耦合改为不耦合装药后，爆破块度均匀性明显提高，大块率从 10% 降至 5% 。

2.3 起爆顺序与延期时间

2.3.1 起爆顺序

合理的起爆顺序能为后续炮孔创造自由面，提高爆破效果。常见起爆顺序有排间顺序起爆、V 形起爆、逐孔起爆等。排间顺序起爆操作简单但振动大；V形起爆可降低振动、提高破碎效果；逐孔起爆能精确控制起爆时间，进一步降低振动、提高爆破质量。如某铁矿采用逐孔起爆后，爆破振动速度降低 30% ，大块率从15% 降至 5% 。

2.3.2 延期时间

延期时间影响相邻炮孔应力波叠加效果与岩石破碎过程。合适的延期时间可使应力波叠加增强破碎作用，避免先爆炮孔岩石移动影响后爆效果。硬岩孔间延期一般 15-- 30ms ，软岩为5 - 15ms。如某铜矿优化延期时间，将孔间从20ms 调至 25ms ，排间从 50ms 调至 60ms ，大块率从 10% 降至 4%，炸药单耗降低 0.06kg/m³ 。

三、矿山露天台阶爆破参数优化策略

3.1 基于数值模拟的参数优化

数值模拟技术可在计算机上模拟爆破过程、预测效果，为爆破参数优化提供依据，常用软件有ANSYS/LS - DYNA、AUTODYN 等。建立爆破模型，输入岩石、炸药、爆破等参数信息，模拟不同参数组合下的爆破过程，分析岩石破碎块度分布等爆破效果，确定最优参数。如某钼矿用 ANSYS/LS - DYNA 软件优化，将孔距从3.2m 调为3m，排距从 2.8m 调为 2.6m ，炸药单耗从 0.65kg/m³ 降至 0.6kg/

m³，大块率从 12% 降至 6%_∘∘ 。

3.2 现场试验与参数调整

在实际矿山生产中，现场试验是优化爆破参数的直接有效方法。在不同区域或岩性条件下选试验爆区，用不同参数爆破，观察效果、收集大块率等数据。根据结果分析参数对效果的影响规律，调整优化参数。如某铅锌矿经多组现场试验，将炮孔深度从 10m 调为 10.5m ，超深从 0.5m 调为 0.8m ，起爆顺序改为 V形起爆，大块率从 15% 降至 8% ，铲装效率提高 20% 。

3.3 智能化爆破系统的应用

智能化爆破系统利用传感器、物联网、大数据等技术，实现对爆破过程的实时监测与控制，为爆破参数的优化提供实时数据支持。通过在炮孔中安装传感器，实时监测炸药的装填情况、起爆时间、爆破振动等参数，将数据传输至智能控制系统。系统根据预设的目标函数与约束条件，利用优化算法对爆破参数进行实时调整与优化。在某大型露天煤矿，应用智能化爆破系统后，炸药单耗降低了 0.1kg/m³ ，大块率从 10% 降至 4% ，爆破成本降低了 15% 。

四、矿山露天台阶爆破参数优化案例分析

4.1 某大型露天铁矿爆破参数优化

该铁矿采用深孔台阶爆破工艺，原爆破参数存在大块率高、炸药单耗大等问题。采用数值模拟与现场试验结合法优化。先利用软件建爆破模型，模拟不同参数下爆破效果；再现场试验，调孔距从4m 减至3.5m、排距从 3m 减至 2.8m ，用间隔装药结构，改起爆顺序为逐孔起爆，孔间延期 25ms、排间延期 50ms。优化后，大块率从 18% 降至 6% ，炸药单耗从 0.7kg/m³ 降至 0.6kg/m³ ，铲装效率提 30% ，年经济效益增500 万元。

4.2 某露天石灰石矿爆破参数优化

该矿原爆破参数使根底率高，影响铲装与生产。经现场试验，优化炮孔深度、超深、装药结构等参数，炮孔深度从8m 增至8.5m、超深从0.3m 增至 0.5m ，用底部加强装药结构，调起爆顺序与延期时间。优化后，根底率从 12% 降至 3% ，炸药单耗降 0.05kg/m³ ，铲装效率提 25% ，年生产成本降200 万元。

五、结论

矿山露天台阶爆破参数优化是提升能效、降成本、保安全的关键。深入分析参数对爆破效果的影响机制，采用数值模拟、现场试验等优化策略，可提爆破质量，降大块率与根底率，减炸药单耗与二次破碎成本。实际中，应据矿山条件综合用多种方法，调优参数，实现高效、安全、经济开采。未来，智能化、精细化爆破参数优化技术将更重要。

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